(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機械、特にガスタービンまたは蒸気タービンまたは軸流式圧縮機のための複数部材から成る、翼を有するロータ（１）であって、少なくとも二つのディスク（２）を有し、当該ディスクの互いに対向する端面は分離面（７）において、特に形状接続的に、ねじれ強さを有して互いに連結可能であるロータにおいて、
前記分離面には、少なくとも一つの動翼の翼底部（１４）を収容するための溝（１０）が形成されており、
前記二つのディスクの少なくとも一つに、前記分離面に対して平行に少なくとも一つのさらなる翼列が設けられていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記分離面にセレーション、特にヒルト・セレーション（３）またはグリーソン・セレーションが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記セレーションは半径方向において前記溝（１０）の底部に延在していることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記分離面は溝断面の概ね面中心を通るように延在することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項５】
前記溝は前記分離面に対してほぼ対称的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
前記溝はクリスマスツリー型断面を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項７】
前記溝は、外周に配分された複数の翼底部を収容するために前記ロータの周方向に延在する溝であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項８】
前記溝は前記ロータの周方向において概ね一定の断面を有していることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
さらなる翼列は、さらなる溝に保持された翼底部を介して形状接続的に固定可能であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項１０】
さらなる翼列は、前記ディスクと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項９に記載のロータ。
【請求項１１】
前記少なくとも二つのディスクはコネクティングロッド（４）を介して軸方向において互いに連結可能であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の複数部材型翼付きロータを有する流体機械、特にガスタービンまたは蒸気タービンまたは軸流式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書き部に記載の、流体機械、特にガスタービンまたは蒸気タービンまたは軸流式圧縮機のための複数部材型翼付きロータおよびそのようなロータを有する流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンロータのコンプレッサ領域においてコンプレッサ・ロータとして用いられるような、翼を有するロータは多くの場合、個々の互いに連結されたディスクから複数部材式に構成されている。このとき圧縮機の各段に対して独自のディスクが設けられるか、あるいはそれぞれが段を形成している複数の翼列がディスク、いわゆるマルチディスクに設けられ得る。
【０００３】
請求項１のおいて書き部に記載の、このような複数部材から成る、翼を有するロータは、例えば特許文献１または特許文献２から知られている。当該文献において個々のディスクはコネクティングロッドを介して軸方向に互いに固定されるとともに、軸方向に翼列の間に形成されているヒルト・セレーションを用いて互いにセンタリングされ、かつ、互いにねじれ強さを有して設けられる。
【０００４】
このようなセレーションは機械的な理由から、また流れの外乱を回避するために通常はロータの外径よりも小さな直径に設けられる。このように半径方向内側にあるセレーションを形成するためには、器具の動きに余裕を持たせるための自由空間が設けられなければならない。これによって不利なことに、材料製造コストおよび取り付けコストが増大する。その理由は、ロータの組み立ての際、このような自由空間を相応の充填材で密閉し、それによって流れの外乱を回避しなければならないからである。
【０００５】
これに関して図２は部分断面図において、従来技術による複数部材から成るロータの分離面７ａを示している。当該分離面において、セレーション３ａはロータの外径よりも小さな直径に設けられている。セレーションを形成するために、器具の動きに余裕を持たせるための自由空間１０ａが設けられており、当該自由空間は充填材１１で密閉されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第1 728 973号明細書
【特許文献２】独国特許発明第26 43 886号明細書
【特許文献３】独国特許発明第1 182 474号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、流体機械のための改善されたロータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１のおいて書き部に記載のロータは、当該請求項１に記載の特徴によって形成が進められる。請求項１３は、本発明に係るロータを備える流体機械に対して保護を求め、従属請求項は好適なさらなる構成に対して保護を求めている。
【０００９】
ディスクと一体的に形成されている動翼のほかに、以下のような方法で動翼をディスクに着脱自在に固定することが知られている。すなわち、対応する動翼の翼底部が、ロータの軸方向または周方向に相応に形成されている溝であって、動翼の固定のために好適に一つまたは複数のアンダカットを有している溝内に、半径方向において形状接続的に固定されるのである。図２はこれに関して翼底部が軸方向溝に導入されている動翼８と、翼底部が周方向溝に固定されている動翼９とを示している。溝への挿入方向において翼底部は中間部材または係止部材または、例えばクサビまたはネジで固定されている隣接する翼底部を介して固定され得る。
【００１０】
そこで本発明により、少なくとも二つのディスクの分離面を、動翼の翼底部を収容するために設けられているこのような溝内に移動することが提案される。これによって器具の動きに余裕を持たせるために必要とされる自由空間は、対応する段の翼底部を介して当該翼底部によって密閉される。
【００１１】
本発明に係る、複数部材から成る、翼を有するロータは前記の点に関して、流体機械、特にガスタービンまたは蒸気タービンまたは軸流式圧縮機のために、二つまたはそれ以上のディスクを有しており、当該ディスクの互いに対向する端面は、分離面においてねじれ強さを有して互いに連結可能であり、当該分離面には溝が形成され、当該溝は一つまたは複数の動翼底部を収容する。
【００１２】
これによって好適に充填材の製造および取り付けに起因するコストが不要となる。それと同時に、ロータの構造の弱化、特にロータ内の力の流れの中断が好適に回避されるとともに、翼底部を収容するためにいずれにしても必要となる溝の隣に、さらに自由空間を設けることによって生ずる流れの外乱も回避され得る。さらなる有利点は、製造、特に切削加工による製造および、分離面を介して分離される限りでは軸方向に分割可能に形成されている溝の調節が容易になることである。
【００１３】
二つのディスクは着脱可能、特に形状接続的に、ねじれ強さを有して互いに連結され得る。このために本発明の好適な実施の形態では、分離面にセレーション、特にヒルト式平歯またはグリーソン式曲がり歯傘歯によるセレーションが形成されている。その場合、少なくとも二つのディスクは一つまたは複数のコネクティングロッドを介して軸方向に互いに連結され得る。代替的な実施の形態において二つのディスクはまた、分離面において分離不能に互いに連結され、例えば溶接され得る。これら二つの形式が互いに組み合わされていてもよい。すなわちディスクは隣接するディスクと、特にセレーションを介して着脱自在に連結され、対向する側に隣接するディスクとは分離不能に連結され、特に溶接されているというものである。
【００１４】
本図ではディスクとして、特にロータの回転対称部分が示されている。
【００１５】
例えば特許文献３から知られているように、翼底部に対する溝は、ロータの軸方向に延在し得る。この場合、セレーションの個々の歯の基底面が軸方向の溝において終結するのが好ましい。当該溝はそれによって、必要とされる器具の動きに対する余裕を生じさせる。しかしながら溝は、外周に配分された複数の翼底部を収容するためにロータの周方向に延在する溝であるのが好適である。このために溝はクリスマスツリー型断面を有し得る。本発明においてクリスマスツリー型断面とは、以下のように特徴づけられる。すなわち、半径方向において一つまたは複数のアンダカットを有しており、当該アンダカットは翼底部の対応する突出部によって係合され得、それによって翼底部を半径方向において形状接続的に固定する。
【００１６】
好適な実施の形態においてセレーションは、半径方向に溝の底部に延在している。すなわち、セレーションは半径方向において、外周に形成された溝内で、ロータの外径よりも小さい直径に設けられている。
【００１７】
翼底部は好適に、二つのディスクを連結する前に、分離面を介して互いに分離されている溝の二つの半分部の間に設けられ得る。それによって翼底部はディスクが連結されたとき、当該連結の際には密閉される溝のアンダカットに係合する。この場合、循環する溝には、一体型のディスクに形成されている溝において、翼底部を挿入するために設けられているようなガイドスイッチは必要ではない。従って好適な実施の形態において、溝はロータの周方向において概ね一定の断面を有し得る。
【００１８】
分離面は軸方向において溝の任意の位置に形成されていてよい。分離面は好適に溝断面の面中心を通るように延在し、それによって翼底部は二つのディスクにおいてほぼ等しい強さで支持される。溝は特に、分離面に対してほぼ対称的に形成され得る。本発明において対称というのは、一方のディスクの輪郭が軸方向断面において他方のディスクの補完的輪郭に対応するという数学的対称のみならず、互いに対応するアンダカットであって、特に半径方向において他方のディスクに対してずらされる可能性があるアンダカットの形成などの、機能的対称をも意味する。この点はガスタービンのコンプレッサ・ロータの場合、特に有利である。ガスタービンのコンプレッサ・ロータにおいて、ロータ・ハブの外径は通常、流れ方向において増大し、それによって流体の圧縮が増大するように配慮がなされる。
【００１９】
一つまたは二つのディスクに、分離面に対して平行に一つまたは複数のさらなる翼列が設けられていてよい。それによってこのようなディスクは流体機械の複数段を形成する。このようなさらなる翼列も、さらなる溝に保持された翼底部を介して形状接続的に固定可能に、またはディスクと一体的に形成され得る。すなわち当該ディスクと一次成形されるか、または分離不能に連結されている、例えば溶接またはリベット留めされていてよい。組み合わせ、すなわち、一つまたは二つのディスクが、溝に保持された翼と、ディスクと一体的に形成された翼をともに有していることも可能である。
【００２０】
複数部材から成る、翼を有するロータを備える、本発明に係る流体機械において、二つあるいはそれ以上のディスクは、それぞれ分離面においてねじれ強さを有して互いに連結され得る。当該分離面には一つまたは複数の翼底部を収容するための溝が形成されている。
【００２１】
本発明のさらなる有利点および特徴は従属請求項と、実施の形態に記載されている。これに関して、部分概略図として示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービンの軸方向半断面を示す図である。
【図２】従来技術によるロータの、分離面において互いに連結されたディスクに設けられた二つの動翼の軸方向断面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態によるロータの、分離面において連結された二つのディスクの部分を図２に対応させて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態によるガスタービンの上半分を軸方向半断面において示している。ガスタービンのコンプレッサ・ロータ１は、ロータもしくは動翼としてディスク構造で実現されている。各ディスク２は、いわゆるマルチディスクとして、外周にわたって配分された動翼５の、軸方向に連続して設けられている複数の列を担持し、当該動翼の翼底部はそのためにロータ１の円周方向における対応する溝６に保持されている。溝６は、翼の挿入を可能にする取り付け開口部を有している（図示せず）。
【００２４】
ディスク２は互いにヒルト式平歯によるセレーション３またはグリーソン式曲がり歯傘歯によるセレーションを用いて配置されており、ネジもしくはコネクティングロッド４を介して動翼複合体となるように固定されている。
【００２５】
部分的に図２に示されているような従来技術によるロータにおいて、マルチディスクの分離面７ａは隣り合う二つの翼列８および９の溝の間に設けられている。ヒルト式平歯によるセレーション３ａはコンプレッサディスクの外径よりも小さい直径に設けられているため、セレーション３ａの製造プロセスのためには、器具の動きに余裕を持たせるための相応の自由空間１０ａが設けられる必要がある。このような自由空間１０ａは、動翼を組み立てる際に相応の充填材１１で密閉されなければならない。それによって、連続的なハブの輪郭を保証し、それとともにガスタービンの流路１３の内壁１２の連続的な延伸を保証するためである。
【００２６】
例えば図１に示すガスタービンにおいて用いられ得る、図３に示す本発明の実施の形態によるロータにおいて、隣り合うマルチディスクの分離面７は、動翼５の翼底部１４を収容するための溝１０の対称面に設けられている。ヒルト式平歯によるセレーション３は半径方向において、このように軸方向に分割された溝１０の下方に設けられている。このような配置は、溝１０が同時に、ヒルト式平歯によるセレーション３を製造するための器具の動きに余裕を持たせるための自由空間として用いられ得るという有利点を有している。
【００２７】
溝１０はロータを組み立てる際、対応する段のコンプレッサ動翼５の底部１４によって密閉される。
【００２８】
このような配置は、付加的な充填材１１を用いなくて済むという利点を有する。さらに、軸方向に分割された溝１０内の表面１５の製造および調整が簡易化される。
【００２９】
図に示されていない、さらなる実施の形態において、分離面の間にある段の翼は、ディスクの一体型部材（「ブレーデッド・ディスク」ブリスク）として形成されている。
【符号の説明】
【００３０】
１  コンプレッサ・ロータ
２  ディスク
３，３ａ  ヒルト式平歯によるセレーション
４  コネクティングロッド
５  動翼
６  溝
７，７ａ  分離面
８．９  翼列
１０  溝
１１  充填材
１２  内壁
１３  流路
１４  翼底部
１５  表面
【図１】
0005393704.tif 000002
【図２】
0005393704.tif 000003
【図３】
0005393704.tif 000004